JP4804708B2

JP4804708B2 - Light diffusing agent, light diffusing sheet and non-glare sheet

Info

Publication number: JP4804708B2
Application number: JP2003185322A
Authority: JP
Inventors: 田誠本
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 2003-06-27
Filing date: 2003-06-27
Publication date: 2011-11-02
Anticipated expiration: 2023-06-27
Also published as: KR100598818B1; CN1576901A; CN1289924C; US6963447B2; US20040263965A1; KR20050001333A; JP2005017920A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光拡散剤、この光拡散剤を分散させてなる光拡散シートおよびノングレアーシートに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型投影スクリーンや照明などに用いられる光拡散シートとしては、透明ないし半透明の熱可塑性樹脂からなる基材中に、シリカ、ガラス、アルミナ等の拡散剤を分散させたものが知られている。
【０００３】
このような光拡散シートは製造が容易でありコスト的に有利であることから広く実施されている。しかしながら、このような光拡散シートは、透過型投影スクリーン用途において大きな視野角度を得るために、拡散剤量を増加させると、光量損失が著しく増加したり、透明性および画像解像度が劣化することがあった。
【０００４】
この問題を解決するための一つの方法として、特開平２−１２０７０２号公報には、最外縁部と中心部の屈折率とが特定された光拡散剤を使用した光拡散シートが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平２−１２０７３２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平２−１２０７３２号公報に記載の技術によれば、画像の透明性に優れ、光源の光量損失が少なく、かつ良好な光拡散特性を得られる光拡散シートが提供される。
【０００７】
本発明も前記の従来技術と同様に、画像の透明性に優れ、光源の光量損失が少なくかつ良好な光拡散特性を得られると共に、画像の濁りやぼけがない、殊にコントラストの高い高品質の画像を表現可能な光拡散シート提供を目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
特開平２−１２０７３２号公報に記載の技術は、光拡散剤の最外縁部から中心部に向かって屈折率を連続的あるいは段階的に増加させるとともに、最外縁部の屈折率と透明基材の屈折率とをほぼ等しくすることからなるものである。この技術は、主として透明基材と拡散剤最外縁部との屈折率の差を少なくし、界面における反射を減少させることによって上記問題点の解決を図ることを概要としている。
【０００９】
これに対して、本願発明は、主として、透明基材、拡散剤のスキン層および核粒子の屈折率の相関関係を規定する条件と、核粒子の平均半径とスキン層との厚さに関する条件とを特定することからなるものであって、界面における反射をむしろ積極的に利用し、これらを積極的に特定の態様で干渉させることによって上記問題点を解決できるという知見に基づくものである。
【００１０】
したがって、本発明による光拡散剤は、透明基材または媒体中に分散させて使用する光拡散剤であって、核粒子とこの核粒子の表面を覆うスキン層とからなり、下記条件（イ）および（ロ）を満足すること、を特徴とするものである。
条件（イ）：Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３またはＮ３＜Ｎ２＜Ｎ１
（ここで、Ｎ１は透明基材または媒体の屈折率を、Ｎ２はスキン層の屈折率を、Ｎ３は核粒子の屈折率を、それぞれ意味する）
条件（ロ）：
【数２】

（ここで、Ｒは核粒子の平均半径（単位：μｍ）を、Ｔはスキン層の厚さ（単位：μｍ）を、ｎは０以上の整数を、ψは０．４（単位：μｍ）を、λは０．７（単位：μｍ）を、それぞれ意味する）
【００１１】
このような本発明による光拡散剤において、好ましくは前記核粒子を平均粒径１〜３０μｍのものとすることができる。
【００１２】
このような本発明による光拡散剤において、好ましくは光拡散剤を下記の条件（ハ）を更を満足するものとすることができる。
条件（ハ）：｜Ｎ１−Ｎ３｜＞０．０４
【００１３】
また、本発明による光拡散シートは、前記透明基材または媒体中の一部または全部に、前記の光拡散剤が分散されてなること、を特徴とするものである。
【００１４】
また、本発明による他の光拡散シートは、前記透明基材または媒体中の一部または全部に、前記の光拡散剤および下記条件（ニ）を満足する光拡散剤が分散されてなること、を特徴とするものである。
条件（ニ）：｜Ｎ１−Ｎ３｜ ≦ ０．０４
【００１５】
このような本発明において、前記光拡散シートの少なくとも一方の面の全部または一部分にレンチキュラーレンズやプリズム等の拡散要素や、フレネルレンズ等の光軸偏向要素が形成されてなるものとすることができる。
【００１６】
また、このような本発明において、前記の拡散シートの少なくとも一方の面の全部または一部分にハードコート層および（または）無反射コート層が形成されてなるものとすることができる。
【００１７】
そして、本発明によるノングレアーシートは、実質的に透明な基板の観察側の最表面の全部または一部に設けられた、透明基材または媒体からなる被膜層中に、この被膜層の厚みよりも粒径が大きい前記光拡散剤が分散されてなること、を特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
＜光拡散剤＞
本発明による光拡散剤は、透明基材または媒体中に分散させて使用する光拡散剤であって、核粒子とこの核粒子の表面を覆うスキン層とからなり、下記条件（イ）および（ロ）を満足すること、を特徴とするものである。
条件（イ）：Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３またはＮ３＜Ｎ２＜Ｎ１
（ここで、Ｎ１は透明基材または媒体の屈折率を、Ｎ２はスキン層の屈折率を、Ｎ３は核粒子の屈折率を、それぞれ意味する）
条件（ロ）：
【数３】

（ここで、Ｒは核粒子の平均半径（単位：μｍ）を、Ｔはスキン層の厚さ（単位：μｍ）を、ｎは０以上の整数を、ψは０．４（単位：μｍ）を、λは０．７（単位：μｍ）を、それぞれ意味する）
【００１９】
一般に、屈折率はデュクドショルヌ法、ブラウンホーファ法、アッベ法、コールラウシュ法、ピュルフリッジ法、浸漬法等の測定法に従って可視光の波長領域内の波長を計測することができる。本発明では、上記のうちアッベ法を採用した。
【００２０】
以下に、本発明の条件（イ）および（ロ）等の要件の設定理由および本発明の原理の概要を必要に応じて図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１には、透明基材（Ａ）中に、核粒子（ｂ２）とこの核粒子の表面を覆うスキン層（ｂ１）とからなる光拡散剤（Ｂ）が分散された光拡散シートが示されている。なお、実際に使用される光拡散シートにおいては、通常、多数の分散剤粒子が分散されるが、この図１では説明の簡略化のために、ただ一つの光拡散剤粒子のみを示した。
【００２２】
図１中、この透明基材（Ａ）の屈折率は（Ｎ１）で、スキン層（ｂ１）の屈折率は（Ｎ２）で、核粒子（ｂ２）の屈折率は（Ｎ３）で示されており、スキン層（ｂ１）の厚さは（Ｔ）で、核粒子の半径は（Ｒ）で、透明基材と外界との界面は（Ｓ１）で、透明基材とスキン層との界面は（Ｓ２）で、スキン層と核粒子との界面は（Ｓ３）で、示されている。
【００２３】
図１の光拡散シートにおいて、白矢印に示されるようにその左方から光拡散シートに入射した光は、界面（Ｓ１）、界面（Ｓ２）および界面（Ｓ３）で、それぞれ反射光（黒矢印）を生じさせる。なお、ここでは説明の簡略化のために、粒子状の拡散剤の一部分の平面に近似される面に垂直に光が入射されたきの垂直方向に反射される反射光について言及した。
【００２４】
一般に、透明基材中に光拡散剤を分散させてなる光拡散シートにおいては、通常は透明基材表面（Ｓ１）での反射も小さくすることが望まれるので、
透明基材の屈折率（Ｎ１）＜核粒子の屈折率（Ｎ３）
の関係が成立し、かつ透明基材の屈折率（Ｎ１）が小さいことが望まれている。尚、例えば核粒子が低屈折率材料を要望されるような場合や、液体中での使用等で透明基材そのものの反射がさほど問題とならない様な場合には、核粒子の屈折率を小さくして、Ｎ３＜Ｎ２＜Ｎ１とすることも可能である。
【００２５】
光が光拡散剤に照射された場合、その光の一部は界面（Ｓ２）で反射され、また残りの大部分の光はスキン層（ｂ１）中をその厚さ（Ｔ）分透過したのち、その一部が界面（Ｓ３）で反射され、再度スキン層（ｂ１）中をその厚さ（Ｔ）分透過したのち、界面（Ｓ２）を透過する。よって、この光拡散剤によって、光入射方向への反射光には、界面（Ｓ２）での反射光および界面（Ｓ３）での反射光が含まれることになる。入射する光の波長は、界面（Ｓ２）での反射によっても、界面（Ｓ３）での反射によっても実質的に変更されないので、界面（Ｓ２）での反射光と界面（Ｓ３）での反射光とは、実質的に同波長の光と捉えることができる。
【００２６】
一方、光の反射波形の姿は、界面（Ｓ２およびＳ３の両方とも）での反射により、それぞれの入射光に対して反転したものとなる。よって、界面（Ｓ２）での反射による波形の反射光と、界面（Ｓ３）での反射による波形の反射光の両者が混在したものが観察されることになる。
【００２７】
本発明は、透明基材とスキン層との界面（Ｓ２）での反射光と、スキン層と核粒子との界面（Ｓ３）での反射光とを干渉させることによって、観察される反射光量が低減される、という知見に着目してなされたものである。
【００２８】
従って、本発明においては、スキン層の厚さ（Ｔ）に関し、下記の条件（ロ）を満足することが肝要である。
【数４】

（ここで、Ｒは核粒子の平均半径（単位：μｍ）を、Ｔはスキン層の厚さ（単位：μｍ）を、ｎは０以上の整数を、ψは０．４（単位：μｍ）を、λは０．７（単位：μｍ）を、それぞれ意味する）
【００２９】
ところで、界面（Ｓ２）での反射光と界面（Ｓ３）での反射光との干渉は、２Ｔが入射光の波長の１／２、３／２、５／２、７／２ ……… である場合（即ち、Ｔが入射光の波長の１／４、３／４、５／４、７／４ ……… の場合）に観察される。本発明においては、スキン層の厚さ（Ｔ）は、本発明の効果が認められるならば特別な事情がない限り薄い方が好ましい。よって、ｎが０の場合、即ちＴが入射光の波長の１／４である場合、が特に好ましい。すなわち、最も好ましくは、Ｎ２＝√（Ｎ１×Ｎ３）なる屈折率（Ｎ２）を持つスキン層材料をスキン層の厚さ（Ｔ）を１／４波長とすることで、界面（Ｓ２）と（Ｓ３）による反射光同士の干渉を効果的に生じさせることにより、結果的に好ましくない反射を抑制ないし無くすことができる。
【００３０】
プロジェクター用の光拡散シート用途としては、波長４００〜７００ｎｍの可視光について効果的に反射防止がなされれば十分であることから、スキン層の厚さ（Ｔ）の最大値は７００ｎｍの１／４、即ち０．１７５μｍ、が好ましい。また、スキン層の厚さ（Ｔ）の最小値は、波長４００ｎｍの可視光についてはコアの粒径により異なるが、例えば、コアが１０μｍの場合には０．０７１μｍとなる。ここで、条件（ロ）の式においてスキン層の最小値は、バックスキャッタが実質的に無くなる入射角が４５゜以上のときであること、およびスキン層の厚さの最小値は最小波長ψの１／４であるという条件から求められたものである。
【００３１】
核粒子の平均半径Ｒは、１〜３０μｍ、好ましくは１〜２０μｍ、透過型スクリーンの場合、特に好ましくは３〜１５μｍ、である。平均粒径が１μｍ未満であると、波長依存性の影響から黄味色が出てしまうことがあり、一方、３０μｍ超過では画像が荒れる傾向が生じる。なお、本発明において、核粒子の平均粒径とは、長さ平均径を意味するものであって、例えば、顕微鏡法の測定法に従って計測したときのものである。
【００３２】
本発明の光拡散剤としては、前記条件（イ）および（ロ）に加え、下記条件（ハ）を更に満足するものが好ましい。
条件（ハ）：｜Ｎ１−Ｎ３｜＞０．０４
【００３３】
透明基材の屈折率（Ｎ１）と核粒子の屈折率（Ｎ３）との間の屈折率差が小さい場合には光拡散剤としての効果が少ないことと、スキン層による反射防止効果が乏しくなることから、本発明による光拡散剤は上記条件（ハ）を満足することが好ましい。
【００３４】
本発明において、核粒子を構成する材料としては、従来からこの種の光拡散シートにおいて光拡散剤として用いられている、無機系および有機系の材料を使用することができる。例えば、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化チタン、ガラス等の無機材料およびアクリル、スチレン、スチレン−アクリル樹脂、メラミン樹脂などの有機材料を用いることができる。本発明においては、屈折率が１．４９〜１．７のもの、特に１．４９〜１．６の有機ビーズが屈折率の調整とスキン層の生成が容易なことから好ましい。
【００３５】
スキン層としては、上記本発明の条件（イ）が満足されて、本発明の効果が認められるものならば任意のものを使用することができる。例えば、フッ化マグネシウム、シリカ等の無機材料、フッ素樹脂、オレフィン樹脂、アクリル、アクリル‐スチレン共重合樹脂等の有機材料等を使用することができる。屈折率を所定のものとするために、各種の補助資材を配合したり、ナノバルーンスキン層中に形成することもできる。
【００３６】
核粒子表面にスキン層を形成する好ましい方法としては、核粒子表面にスキン層形成材料を蒸着、めっき等により付着させる方法、核粒子生成のための重合とスキン層形成のための重合操作を二段階で行なう二段階懸濁重合、マイクロカプセル法、エアロゾル界面活性剤による懸濁重合、核粒子表面にナノバルーンを吸着する方法等を例示することができる。
【００３７】
殊に、ナノ粒子を用いた懸濁重合により表面にナノ粒子のスキン層を設けた樹脂ビーズを得る方法は、前記ナノ粒子の屈折率をｎ１、樹脂ビーズの核材料の屈折率をｎ２とした場合、スキン層の屈折率は、条件によりナノ粒子が最密充填した（０．２６×ｎ２＋０．７４×ｎ１）から核粒子材料の屈折率ｎ２までの間のスキン層屈折率を持つ本発明の拡散剤を得ることが出来るのでより好ましい。ちなみに、例えば図３のように、表面に多段に充填されたナノ粒子の空隙に核粒子の樹脂が入り込むのでスキン層の屈折率は最密充填（空隙率２６％）からナノ粒子がほとんど無い空隙率１００％の間の屈折率になる。尚、スキン層の厚みは、重合条件と材料種類による。
【００３８】
＜光拡散シート＞
本発明による光拡散シートは、透明基材または媒体中の一部または全部に、前記の本発明のよる光拡散剤が分散されてなること、を特徴とするものである。透明基材を構成する材料としては、従来からこの種の光拡散シートにおいて用いられているものを使用することができる。そのようなものとしては、例えばポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリオレフィン、ポリ塩化ビニル、エポキシ等の熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂の他、ガラス等の透明無機材料を例示することができる。
【００３９】
本発明では、熱可塑性樹脂、特にアクリル、アクリル‐スチレン共重合樹脂、シクロオレフィン、ポリカーボネート樹脂を使用することが好ましい。このことによって、光拡散シートの製造が容易になるとともに、光拡散シートを適度の柔軟性、硬度および強度を有するものに制御することが容易になり、かつ光拡散シートを具体的用途に適した形態に加工することが容易になる。
【００４０】
本発明による光拡散剤の配合量は特に限定されないが、通常は光拡散シートを構成する透明基材材料１００重量部に対して０．１〜２０重量部、透過型スクリーンの場合では０．２〜５重量部である。また、他の通常の拡散剤と混合して使用しても良い。本発明では、条件（イ）および（ロ）を満足する所定の光拡散剤の使用効果により良好な光拡散特性が得られることから、光拡散剤の配合量が比較的多い場合であってもコントラスト劣化およびボケの発生が低減されている。殊に、基材と屈折率差が小さい拡散剤と基材との屈折率差が大きい本拡散剤を混合して使用することにより、シースルーが無くかつ大きな拡散作用を持つコントラストが高く光透過率の高い光拡散シート得ることが出来る。
【００４１】
また、本発明においては、前述の基材との屈折率差の小さい拡散剤として、条件（イ）および（ロ）を満足する所定の光拡散剤および下記条件（ニ）を満足する光拡散剤とを併用することにより、多量に分散してよりシースルーの防止や画角の角度依存性を減少させると共に、一層のコントラストと光透過率の向上がはかれる。
条件（ニ）：｜Ｎ１−Ｎ３｜ ≦ ０．０４
【００４２】
すなわち、図２に示されるように、透明基材の屈折率（Ｎ１）と核粒子の屈折率（Ｎ３）との間の屈折率差が大きい場合（Ａの場合）は、拡散角度範囲が大きい点では好ましいものの、拡散角度による輝度変化が大きくなって、所謂“す抜け現象”が発生しやすくなる。よって、屈折率（Ｎ１）と（Ｎ３）との間の屈折率差が比較的小さい拡散剤（Ｂの場合）を併用することによって、拡散角度範囲を大きく維持しつつかつ拡散角度による輝度変化を適度に抑制することができるようになる（Ｃの場合）。
【００４３】
条件（イ）および（ロ）（あるいは条件（イ）、（ロ）および（ハ））を満足する光拡散剤と、他の光拡散剤（および条件（イ）、（ロ）および（ニ））を満足する光拡散剤）との混合比率は、主として拡散角度と輝度との関連性を考慮し、目的とする光拡散シートの具体的用途等に応じて適宜決定することができる。例えば、他の光拡散剤（および条件（イ）、（ロ）および（ニ））を満足する光拡散剤）１００重量部に対し、条件（イ）および（ロ）（あるいは条件（イ）、（ロ）および（ハ））を満足する所定の光拡散剤を０．１〜１００重量部、好ましくは１〜１０重量部、用いることができる。また、当然ながら、２種以上の光拡散剤を用いても良く、この場合には殊に屈折率差の大きい拡散剤に本発明の光拡散剤を用いることがコントラストを劣化させないために好ましい。
【００４４】
本発明による光拡散シートの好ましい製造方法としては、透明基材を構成する透明材料中に、前記の条件（イ）および（ロ）を満足する所定の光拡散剤、および必要に応じて他の光拡散剤等を混合し、これを押出し成形する方法を例示することができる。このような方法によれば、マット状の光拡散シートが得られるので外光の映り込みを嫌うプロジェクションテレビ用の光拡散シートとして適したものを、容易にかつ効率的、経済的に製造することができる。
【００４５】
また、本発明による光拡散シートには、必要に応じて、光学機能層および（または）適当な保護層などを形成することができる。
このような光学機能層として適したものとしては、例えば光の集光または拡散を行うレンズ層、好ましくは透明ないし半透明材料から形成されたレンチキュラーレンズ層、表面反射防止層、ノングレア層、クリア層、ハードコート層、耐湿層、帯電防止層などを例示することができる。
【００４６】
したがって、本発明による好ましい光拡散シートとしては、前記の光拡散シートの少なくとも一方の面の全部または一部分にレンチキュラーレンズが形成されてなるもの、および前記の光拡散シートの少なくとも一方の面の全部または一部分にハードコート層および（または）無反射コート層が形成されてなるものを例示することができる。
【００４７】
また、本発明による光拡散シートの少なくとも一方の面の全部または一部分にフレネルレンズを形成した物を例示することも出来る。
【００４８】
また、本発明による光拡散剤を、透明な樹脂をバインダーとする透明または着色インキ中に分散させて用いても良く、例えばＬＣＤ用のカラーフィルター等にもコントラストを低下させることなく拡散効果を得ることが可能である。
【００４９】
更には、インキ塗膜厚より厚い本発明による光拡散剤を使用することでインキ塗膜表面に凹凸を持ちかつ拡散性能を持つマット層が得られ、光学部材表面の映り込み防止作用のあるコントラストの高いノングレアー層を得ることも可能となる。
【００５０】
本発明による光拡散剤および光拡散シートの効果は、ディスプレイ映像についてのコントラストを主体とした画質の目視評価によるが、例えば下記の評価方法によって客観的に判定することができる。
【００５１】
・本発明による拡散剤を分散させた拡散シート（Ａ）と通常の拡散剤を分散させた拡散シート（Ｂ）を比較する方法
▲１▼（Ａ）と（Ｂ）の拡散角を同等にして透過率を測定する。
（Ａ）の透過率＞（Ｂ）の透過率
▲２▼（Ａ）と（Ｂ）の拡散角を同等にして反射率を測定する。
（Ａ）の反射率＜（Ｂ）の反射率
▲３▼（Ａ）と（Ｂ）の反射率または透過率を同等にして拡散角を測定する。
（Ａ）の拡散角＞（Ｂ）の拡散角
▲４▼（Ａ）と（Ｂ）の拡散角とピークゲインを乗じた値の比較。
（Ａ）の値＞（Ｂ）の値
▲５▼（Ａ）と（Ｂ）にテストチャートを投影し解像度を測定する。
（Ａ）の解像度＞（Ｂ）の解像度
【００５２】
＜ノングレアーシート＞
本発明によるノングレアーシートは、実質的に透明な基板の観察側の最表面の全部または一部に設けられた、透明基材または媒体からなる被膜層中に、この被膜層の厚みよりも粒径が大きい前記の光拡散剤が分散されてなること、を特徴とするものである。
【００５３】
このような本発明によるノングレアーシートの好ましい具体例は、図４に示される通りのものである。この図４のノングレアーシート１は、実質的に透明な基板２の観察側の最表面の全部または一部に設けられた、透明基材または媒体からなる被膜層３中に、この被膜層３の厚み４よりも粒径が大きい本発明による光拡散剤５が分散されてなるものである。
【００５４】
このように、被膜層の厚みより粒径が大きい本発明による光拡散剤を使用することで、表面に凹凸を持った拡散性能を持つマット状層が得られ、表面の映り込み防止作用のあるコントラストの高いノングレアーシートを得ることが可能になる。
【００５５】
【実施例】
＜実施例１＞
屈折率１．６のメラミン樹脂ビーズおよび周囲に０．１μｍの厚みの屈折率１．４５のシリカ粒子を主体とするスキン層を持つ粒径１０μｍの拡散剤（スキン層の屈折率１．５４）を各々屈折率１．４９のポリメチルメタクリレートに２パーツ添加した１ｍ角、１ｍｍ厚のシートを押出し成形法にて作製した。
【００５６】
尚、上述のスキン層の屈折率は上記スキン層の断面写真からシリカ粒子の充填率が４０％およびメラミン樹脂の充填率が６０％であったことからの計算値である。
【００５７】
このシートをボックスの中に入れたスライドプロジェクターを用いて映像を映し目視にて比較評価した結果、本発明による光拡散剤を用いてなる光拡散シートは、外光によるコントラスト低下が少なく、また、線画像もシャープに観察できた。
【００５８】
【発明の効果】
本発明によれば、光拡散剤が特定の条件（イ）および（ロ）を満足するものであることから、光源の光量損失が少なく、拡散効率が良好で、明るくコントラストが良好な画像が得られ、さらに不要な散乱光が減少されることによって、画像の濁りや、ぼけがない、高品質の画像を表現可能な光拡散シートを得ることができる。
【００５９】
そして、表面の映り込み防止作用のあるコントラストの高いノングレアーシートを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光拡散シートの構造を模式的に示す部分拡大図。
【図２】透明基材の屈折率（Ｎ１）と核粒子の屈折率（Ｎ３）との間の屈折率差と、拡散角度および輝度変化との関連を示す図。
【図３】本発明による光拡散剤のスキン層におけるナノ粒子の充填構造を模式的に示す断面図。
【図４】本発明によるノングレアーシートを模式的に示す断面図。
【符号の説明】
Ａ透明基材
Ｂ拡散剤
ｂ１スキン層
ｂ２核粒子
Ｒ核粒子の半径
Ｔスキン層の厚さ
１ノングレアーシート
２実質的に透明な基板
３透明基材または媒体からなる被膜層
５本発明による光拡散剤[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a light diffusing agent, a light diffusing sheet obtained by dispersing the light diffusing agent, and a non-glare sheet.
[0002]
[Prior art]
As a light diffusing sheet used for a transmissive projection screen or illumination, a sheet in which a diffusing agent such as silica, glass, alumina or the like is dispersed in a base material made of a transparent or translucent thermoplastic resin is known. .
[0003]
Such a light diffusion sheet is widely practiced because it is easy to manufacture and is advantageous in terms of cost. However, in such a light diffusion sheet, when the amount of the diffusing agent is increased in order to obtain a large viewing angle in the transmissive projection screen application, the light loss may be remarkably increased, or the transparency and the image resolution may be deteriorated. there were.
[0004]
As one method for solving this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2-120702 proposes a light diffusing sheet using a light diffusing agent in which the outermost edge portion and the refractive index of the central portion are specified. .
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Laid-Open No. 2-120732 [0006]
[Problems to be solved by the invention]
According to the technique described in JP-A-2-120732, there is provided a light diffusing sheet that is excellent in image transparency, has little light quantity loss of a light source, and can obtain good light diffusing characteristics.
[0007]
In the present invention, similar to the above-described prior art, the image is excellent in transparency, the light amount loss of the light source is small and good light diffusion characteristics can be obtained, and there is no turbidity or blurring of the image. The purpose is to provide a light diffusing sheet capable of expressing the images.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The technique described in JP-A-2-120732 increases the refractive index continuously or stepwise from the outermost edge of the light diffusing agent toward the center, and the refractive index of the outermost edge and the transparent substrate. It consists of making the refractive index substantially equal. This technology outlines that the problem is solved mainly by reducing the difference in refractive index between the transparent substrate and the outermost edge of the diffusing agent and reducing the reflection at the interface.
[0009]
On the other hand, the present invention mainly relates to a condition that defines the correlation between the refractive index of the transparent base material, the skin layer of the diffusing agent, and the core particles, and a condition that relates to the average radius of the core particles and the thickness of the skin layer. It is based on the knowledge that the above-mentioned problem can be solved by actively utilizing reflection at the interface and making these actively interfere in a specific manner.
[0010]
Therefore, the light diffusing agent according to the present invention is a light diffusing agent used by being dispersed in a transparent base material or medium, and includes a core particle and a skin layer covering the surface of the core particle, and the following condition (I) And (b) is satisfied.
Condition (A): N1 <N2 <N3 or N3 <N2 <N1
(Here, N1 represents the refractive index of the transparent substrate or medium, N2 represents the refractive index of the skin layer, and N3 represents the refractive index of the core particles.)
Condition (b):
[Expression 2]

(Where R is the average radius of the core particles (unit: μm), T is the thickness of the skin layer (unit: μm), n is an integer greater than or equal to 0, and ψ is 0.4 (unit: μm) Λ means 0.7 (unit: μm))
[0011]
In such a light diffusing agent according to the present invention, it is preferable that the core particles have an average particle diameter of 1 to 30 μm.
[0012]
In such a light diffusing agent according to the present invention, it is preferable that the light diffusing agent further satisfies the following condition (c).
Condition (C): | N1-N3 |> 0.04
[0013]
The light diffusing sheet according to the present invention is characterized in that the light diffusing agent is dispersed in part or all of the transparent substrate or medium.
[0014]
In addition, the other light diffusion sheet according to the present invention is formed by dispersing the light diffusion agent and the light diffusion agent satisfying the following condition (d) in a part or all of the transparent substrate or medium. It is characterized by.
Condition (d): | N1-N3 | ≦ 0.04
[0015]
In the present invention, a diffusion element such as a lenticular lens or a prism or an optical axis deflection element such as a Fresnel lens can be formed on all or a part of at least one surface of the light diffusion sheet. .
[0016]
In the present invention, a hard coat layer and / or a non-reflective coat layer may be formed on all or a part of at least one surface of the diffusion sheet.
[0017]
The non-glare sheet according to the present invention has a coating layer made of a transparent base material or medium provided on all or part of the outermost surface on the observation side of the substantially transparent substrate. Also, the light diffusing agent having a large particle size is dispersed.
[0018]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
<Light diffusing agent>
The light diffusing agent according to the present invention is a light diffusing agent used by being dispersed in a transparent substrate or medium, and comprises a core particle and a skin layer covering the surface of the core particle, and the following conditions (A) and ( (B) is satisfied.
Condition (A): N1 <N2 <N3 or N3 <N2 <N1
(Here, N1 represents the refractive index of the transparent substrate or medium, N2 represents the refractive index of the skin layer, and N3 represents the refractive index of the core particles.)
Condition (b):
[Equation 3]

(Where R is the average radius of the core particles (unit: μm), T is the thickness of the skin layer (unit: μm), n is an integer greater than or equal to 0, and ψ is 0.4 (unit: μm) Λ means 0.7 (unit: μm))
[0019]
In general, the refractive index can be measured in the wavelength range of visible light in accordance with a measuring method such as the Duxde-Shorne method, the Brownhofer method, the Abbe method, the Colelausch method, the Purfridge method, or the immersion method. In the present invention, the Abbe method is adopted among the above.
[0020]
The reason for setting the requirements (a) and (b) of the present invention and the outline of the principle of the present invention will be described below with reference to the drawings as necessary.
[0021]
FIG. 1 shows a light diffusion sheet in which a light diffusing agent (B) comprising a core particle (b2) and a skin layer (b1) covering the surface of the core particle is dispersed in a transparent substrate (A). Has been. In a light diffusing sheet that is actually used, a large number of dispersant particles are usually dispersed, but only one light diffusing agent particle is shown in FIG. 1 for simplicity of explanation.
[0022]
In FIG. 1, the refractive index of the transparent substrate (A) is (N1), the refractive index of the skin layer (b1) is (N2), and the refractive index of the core particle (b2) is (N3). The thickness of the skin layer (b1) is (T), the radius of the core particles is (R), the interface between the transparent substrate and the outside is (S1), and the interface between the transparent substrate and the skin layer is In (S2), the interface between the skin layer and the core particles is shown in (S3).
[0023]
In the light diffusing sheet of FIG. 1, light incident on the light diffusing sheet from the left as shown by the white arrow is reflected light (black arrow) at the interface (S1), interface (S2) and interface (S3). ). Here, for the sake of simplification of explanation, the reflected light reflected in the vertical direction when light is incident perpendicularly to a plane approximate to the plane of a part of the particulate diffusing agent is mentioned.
[0024]
In general, in a light diffusion sheet in which a light diffusing agent is dispersed in a transparent substrate, it is usually desired to reduce reflection on the surface of the transparent substrate (S1).
Refractive index of transparent substrate (N1) <refractive index of core particles (N3)
It is desired that the above relationship is established and the refractive index (N1) of the transparent substrate is small. For example, when the core particles require a low refractive index material, or when the reflection of the transparent substrate itself does not become a serious problem due to use in a liquid, the refractive index of the core particles is reduced. N3 <N2 <N1 is also possible.
[0025]
When light is irradiated onto the light diffusing agent, a part of the light is reflected at the interface (S2), and most of the remaining light passes through the skin layer (b1) by the thickness (T). A part of the light is reflected at the interface (S3), passes through the skin layer (b1) by the thickness (T), and then passes through the interface (S2). Therefore, by this light diffusing agent, the reflected light in the light incident direction includes reflected light at the interface (S2) and reflected light at the interface (S3). The wavelength of the incident light is not substantially changed by the reflection at the interface (S2) or the reflection at the interface (S3). Therefore, the reflected light at the interface (S2) and the reflected light at the interface (S3) Can be regarded as light having substantially the same wavelength.
[0026]
On the other hand, the appearance of the reflected waveform of light is inverted with respect to each incident light by reflection at the interface (both S2 and S3). Therefore, a mixture of both the reflected light having the waveform due to reflection at the interface (S2) and the reflected light having the waveform due to reflection at the interface (S3) is observed.
[0027]
In the present invention, the amount of reflected light to be observed is reduced by causing the reflected light at the interface (S2) between the transparent substrate and the skin layer to interfere with the reflected light at the interface (S3) between the skin layer and the core particles. It was made paying attention to the knowledge that it is reduced.
[0028]
Therefore, in the present invention, it is important to satisfy the following condition (b) with respect to the thickness (T) of the skin layer.
[Expression 4]

(Where R is the average radius of the core particles (unit: μm), T is the thickness of the skin layer (unit: μm), n is an integer greater than or equal to 0, and ψ is 0.4 (unit: μm) Λ means 0.7 (unit: μm))
[0029]
By the way, the interference between the reflected light at the interface (S2) and the reflected light at the interface (S3) is 2T is 1/2, 3/2, 5/2, 7/2 of the wavelength of the incident light. It is observed in some cases (that is, when T is 1/4, 3/4, 5/4, 7/4,... Of the wavelength of incident light). In the present invention, the thickness (T) of the skin layer is preferably thinner unless there are special circumstances if the effect of the present invention is recognized. Therefore, the case where n is 0, that is, the case where T is ¼ of the wavelength of incident light is particularly preferable. That is, most preferably, the skin layer material having a refractive index (N2) of N2 = √ (N1 × N3) is made to have a thickness (T) of the skin layer of ¼ wavelength, so that the interface (S2) and ( By effectively causing interference between the reflected lights in S3), undesirable reflection can be suppressed or eliminated as a result.
[0030]
As a light diffusing sheet for a projector, it is sufficient that effective reflection prevention is performed for visible light having a wavelength of 400 to 700 nm. Therefore, the maximum value of the thickness (T) of the skin layer is 1/4 of 700 nm. That is, 0.175 μm is preferable. Further, the minimum value of the thickness (T) of the skin layer varies depending on the particle diameter of the core for visible light having a wavelength of 400 nm , but becomes 0.071 μm when the core is 10 μm, for example. Here, in the equation of condition (b), the minimum value of the skin layer is when the incident angle at which the backscatter is substantially eliminated is 45 ° or more, and the minimum value of the thickness of the skin layer is the minimum wavelength ψ. those seeking et al. were from the condition that it is 1/4.
[0031]
The average radius R of the core particles is 1 to 30 μm, preferably 1 to 20 μm, and particularly preferably 3 to 15 μm in the case of a transmission type screen. If the average particle size is less than 1 μm, a yellowish color may appear due to the influence of wavelength dependence, whereas if it exceeds 30 μm, the image tends to be rough. In the present invention, the average particle diameter of the core particles means an average length diameter, and is, for example, a value measured according to a measurement method of a microscopic method.
[0032]
As the light diffusing agent of the present invention, in addition to the conditions (i) and (ii) is preferably one which satisfies the following condition (c) further in.
Condition (C): | N1-N3 |> 0.04
[0033]
When the refractive index difference between the refractive index (N1) of the transparent substrate and the refractive index (N3) of the core particle is small, the effect as a light diffusing agent is small, and the antireflection effect by the skin layer becomes poor. Therefore, it is preferable that the light diffusing agent according to the present invention satisfies the above condition (c).
[0034]
In the present invention, inorganic and organic materials that have been conventionally used as light diffusing agents in this type of light diffusing sheet can be used as the material constituting the core particles. For example, inorganic materials such as barium sulfate, calcium carbonate, titanium oxide, and glass, and organic materials such as acrylic, styrene, styrene-acrylic resin, and melamine resin can be used. In the present invention, organic beads having a refractive index of 1.49 to 1.7, particularly 1.49 to 1.6, are preferable because the refractive index can be easily adjusted and a skin layer can be easily formed.
[0035]
As the skin layer, any layer can be used as long as the condition (a) of the present invention is satisfied and the effect of the present invention is recognized. For example, inorganic materials such as magnesium fluoride and silica, organic materials such as fluororesin, olefin resin, acrylic, and acrylic-styrene copolymer resin can be used. In order to set the refractive index to a predetermined value, various auxiliary materials can be blended or formed in the nanoballoon skin layer.
[0036]
As a preferable method for forming the skin layer on the surface of the core particle, there are two methods: a method in which a skin layer forming material is deposited on the surface of the core particle by vapor deposition or plating, a polymerization for generating the core particle and a polymerization operation for forming the skin layer. Examples thereof include two-stage suspension polymerization performed in stages, a microcapsule method, suspension polymerization using an aerosol surfactant, and a method of adsorbing nanoballoons on the surface of the core particles.
[0037]
In particular, a method of obtaining the resin beads having a skin layer of nanoparticles on the surface by suspension polymerization using the nanoparticles, the refractive index of the nanoparticles n1, the refractive index of the core material of the resin beads is n2 In this case, the refractive index of the skin layer has a refractive index of the skin layer of between about 0.26 × n2 + 0.74 × n1 and the refractive index n2 of the core particle material. Since a diffusing agent can be obtained, it is more preferable. Incidentally, for example, as shown in FIG. 3, since the core particle resin enters the voids of the nanoparticles packed in multiple stages on the surface, the refractive index of the skin layer is the void with almost no nanoparticles due to the closest packing (porosity 26%). The refractive index is between 100%. The thickness of the skin layer depends on the polymerization conditions and the material type.
[0038]
<Light diffusion sheet>
The light diffusing sheet according to the present invention is characterized in that the light diffusing agent according to the present invention is dispersed in part or all of a transparent substrate or medium. As the material constituting the transparent substrate, those conventionally used in this type of light diffusion sheet can be used. Examples of such materials include thermoplastic inorganic resins such as polymethyl methacrylate, polystyrene, polycarbonate, polyester, polyolefin, polyvinyl chloride, and epoxy, thermosetting resins, and transparent inorganic materials such as glass. .
[0039]
In the present invention, it is preferable to use a thermoplastic resin, in particular, acrylic, acrylic-styrene copolymer resin, cycloolefin, and polycarbonate resin. This facilitates the manufacture of the light diffusing sheet, makes it easy to control the light diffusing sheet to have appropriate flexibility, hardness and strength, and makes the light diffusing sheet suitable for specific applications. It becomes easy to process into a form.
[0040]
The blending amount of the light diffusing agent according to the present invention is not particularly limited, but is usually 0.1 to 20 parts by weight with respect to 100 parts by weight of the transparent base material constituting the light diffusing sheet, and 0.2 in the case of a transmission type screen. ~ 5 parts by weight. Moreover, you may mix and use with another normal diffusing agent. In the present invention, good light diffusion characteristics can be obtained by the effect of use of a predetermined light diffusing agent that satisfies the conditions (a) and (b), so even if the amount of the light diffusing agent is relatively large. Contrast degradation and blurring are reduced. In particular, by using a mixture of a diffusing agent with a small refractive index difference between the base material and this diffusing agent with a large refractive index difference, there is no see-through and a high contrast with a high diffusing action and a high light transmittance. High light diffusion sheet can be obtained.
[0041]
In the present invention, as a diffusing agent having a small refractive index difference from the above-mentioned base material, a predetermined light diffusing agent satisfying the conditions (A) and (B) and a light diffusing agent satisfying the following condition (D) In combination with a large amount, the see-through is prevented and the angle dependency of the angle of view is reduced, and the contrast and light transmittance are further improved.
Condition (d): | N1-N3 | ≦ 0.04
[0042]
That is, as shown in FIG. 2, when the refractive index difference between the refractive index (N1) of the transparent substrate and the refractive index (N3) of the core particle is large (in the case of A), the diffusion angle range is large. Although preferable in terms, the luminance change due to the diffusion angle becomes large, so that a so-called “skipping phenomenon” is likely to occur. Therefore, by using a diffusing agent (in the case of B) having a relatively small refractive index difference between the refractive indexes (N1) and (N3), the luminance change due to the diffusion angle is maintained while maintaining a large diffusion angle range. It becomes possible to moderately suppress (in the case of C).
[0043]
A light diffusing agent satisfying the conditions (b) and (b) (or the conditions (b), (b) and (c)) and other light diffusing agents (and the conditions (b), (b) and (d)) The mixing ratio with the light diffusing agent satisfying (1) can be appropriately determined according to the specific use of the intended light diffusing sheet, mainly considering the relationship between the diffusion angle and the luminance. For example, with respect to 100 parts by weight of other light diffusing agents (and light diffusing agents satisfying the conditions (b), (b) and (d)), the conditions (b) and (b) (or the conditions (b), A predetermined light diffusing agent satisfying (B) and (C)) can be used in an amount of 0.1 to 100 parts by weight, preferably 1 to 10 parts by weight. Of course, two or more kinds of light diffusing agents may be used. In this case, it is particularly preferable to use the light diffusing agent of the present invention for a diffusing agent having a large difference in refractive index in order not to deteriorate the contrast.
[0044]
As a preferable production method of the light diffusing sheet according to the present invention, a predetermined light diffusing agent satisfying the above-mentioned conditions (A) and (B) in the transparent material constituting the transparent base material, and, if necessary, other A method of mixing a light diffusing agent and the like and extruding it can be exemplified. According to such a method, a mat-like light diffusing sheet can be obtained, and therefore, it is possible to easily, efficiently and economically manufacture a suitable light diffusing sheet for a projection television that does not want to reflect external light. Can do.
[0045]
In addition, an optical functional layer and / or a suitable protective layer can be formed on the light diffusion sheet according to the present invention as necessary.
Suitable examples of such an optical functional layer include a lens layer that collects or diffuses light, preferably a lenticular lens layer formed from a transparent or translucent material, a surface antireflection layer, a non-glare layer, and a clear layer. Examples thereof include a hard coat layer, a moisture-resistant layer, and an antistatic layer.
[0046]
Accordingly, preferred light diffusion sheets according to the present invention include those in which a lenticular lens is formed on all or part of at least one surface of the light diffusion sheet, and all or at least one surface of the light diffusion sheet. An example in which a hard coat layer and / or a non-reflective coat layer is formed in part can be exemplified.
[0047]
Moreover, the thing which formed the Fresnel lens in all or one part of the at least one surface of the light-diffusion sheet by this invention can also be illustrated.
[0048]
Further, the light diffusing agent according to the present invention may be used by being dispersed in a transparent or colored ink using a transparent resin as a binder, and for example, a color filter for LCD can obtain a diffusion effect without lowering the contrast. It is possible.
[0049]
Furthermore, by using the light diffusing agent according to the present invention, which is thicker than the ink coating thickness, a matte layer having irregularities on the surface of the ink coating and having a diffusing performance can be obtained, and a contrast that prevents the reflection of the optical member surface. It is also possible to obtain a high non-glare layer.
[0050]
The effects of the light diffusing agent and the light diffusing sheet according to the present invention are based on visual evaluation of image quality mainly based on contrast of display images, but can be objectively determined by, for example, the following evaluation method.
[0051]
A method for comparing a diffusion sheet (A) in which a diffusing agent is dispersed according to the present invention and a diffusion sheet (B) in which a normal diffusing agent is dispersed (1) The diffusion angles of (A) and (B) are made equal. Measure the transmittance.
Transmittance of (A)> Transmittance of (B) (2) The reflectance is measured with the diffusion angles of (A) and (B) being equal.
Reflectivity of (A) <Reflectivity of (B) (3) The diffusion angle is measured with the same reflectivity or transmittance of (A) and (B).
(A) Diffusion angle> (B) Diffusion angle (4) Comparison of values obtained by multiplying the diffusion angle of (A) and (B) by the peak gain.
Value of (A)> Value of (B) <5> The test chart is projected onto (A) and (B), and the resolution is measured.
Resolution of (A)> Resolution of (B)
<Non-glare sheet>
The non-glare sheet according to the present invention has a grain size larger than the thickness of the coating layer in the coating layer made of a transparent substrate or medium provided on all or a part of the outermost surface on the observation side of the substantially transparent substrate. The light diffusing agent having a large diameter is dispersed.
[0053]
A preferred specific example of such a non-glare sheet according to the present invention is as shown in FIG. The non-glare sheet 1 shown in FIG. 4 is formed in a coating layer 3 made of a transparent base material or medium provided on all or part of the outermost surface on the observation side of a substantially transparent substrate 2. The light diffusing agent 5 according to the present invention having a particle size larger than the thickness 4 is dispersed.
[0054]
In this way, by using the light diffusing agent according to the present invention having a particle size larger than the thickness of the coating layer, a mat-like layer having a diffusing performance with irregularities on the surface can be obtained, which has the effect of preventing the reflection of the surface. A non-glare sheet with high contrast can be obtained.
[0055]
【Example】
<Example 1>
A diffusing agent having a particle size of 10 μm having a skin layer mainly composed of melamine resin beads having a refractive index of 1.6 and silica particles having a refractive index of 1.45 having a thickness of 0.1 μm (skin layer refractive index of 1.54). 1 m square and 1 mm thick sheets prepared by adding two parts to polymethyl methacrylate each having a refractive index of 1.49 were prepared by extrusion molding.
[0056]
In addition, the refractive index of the above-mentioned skin layer is a calculated value from the cross-sectional photograph of the above skin layer from the fact that the silica particle filling rate was 40% and the melamine resin filling rate was 60%.
[0057]
As a result of visual evaluation using a slide projector in which the sheet is placed in a box and visually comparing and evaluating, the light diffusion sheet using the light diffusing agent according to the present invention has little decrease in contrast due to external light, The line image could also be observed sharply.
[0058]
【The invention's effect】
According to the present invention, since the light diffusing agent satisfies specific conditions (A) and (B), a light amount loss of the light source is small, diffusion efficiency is good, and a bright and good contrast image is obtained. Further, by reducing unnecessary scattered light, it is possible to obtain a light diffusion sheet capable of expressing a high-quality image without turbidity or blur of the image.
[0059]
Further, a non-glare sheet having a high contrast and an anti-reflection effect on the surface can be obtained.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a partially enlarged view schematically showing the structure of a light diffusion sheet according to the present invention.
FIG. 2 is a view showing a relationship between a refractive index difference between a refractive index (N1) of a transparent substrate and a refractive index (N3) of a core particle, a diffusion angle, and a luminance change.
FIG. 3 is a cross-sectional view schematically showing a filling structure of nanoparticles in a skin layer of a light diffusing agent according to the present invention.
FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing a non-glare sheet according to the present invention.
[Explanation of symbols]
A transparent base material B diffusing agent b1 skin layer b2 core particle R core particle radius T skin layer thickness 1 non-glare sheet 2 substantially transparent substrate 3 coating layer 5 made of transparent base material or medium light according to the present invention Diffusion agent

Claims

A light diffusing agent used by being dispersed in a transparent base material or medium having a refractive index of N1, and a core layer having a refractive index of N3 and a skin layer having a refractive index of N2 and a thickness of T covering the surface of the core particle And satisfying the following conditions (a) and (b):
Condition (b):

Condition (b):

(Here, λ represents incident light having a wavelength of 400 to 700 nm, and n is 0, 1, 2, or 3. )

The core particles are made of resin beads,
The skin layer is composed of nanoparticles filled in a multi-stage on the surface of the resin beads, and the resin that has entered the voids of the nanoparticles,
When the refractive index of the nanoparticles is n1 and the refractive index of the resin beads is n2, the refractive index N2 of the skin layer is in the range from (0.26 × n2 + 0.74 × n1) to n2. The light diffusing agent according to claim 1.

The light diffusing agent according to claim 2, wherein the nanoparticles are silica particles.

The core particles are of an average particle diameter of 1 to 30 [mu] m, the light diffusing agent according to any one of claims 1 to 3.

Satisfying the following conditions (c) further, the light diffusing agent according to any one of claims 1 to 4.
Condition (C): | N1-N3 |> 0.04

A light diffusing sheet, wherein the light diffusing agent according to any one of claims 1 to 5 is dispersed in part or all of the transparent substrate or medium.

The light diffusing agent according to any one of claims 1 to 5 and a light diffusing agent satisfying the following condition (d) are dispersed in part or all of the transparent substrate or medium. A light diffusion sheet.
Condition (d): | N1-N3 | ≦ 0.04

A light diffusing sheet, wherein a lenticular lens and / or a diffusing prism is formed on all or a part of at least one surface of the light diffusing sheet according to claim 6 or 7 .

An optical axis deflection light diffusion sheet, wherein a circular Fresnel lens and / or a linear Fresnel lens are formed on all or a part of at least one surface of the light diffusion sheet according to claim 6 or 7 .

A light diffusing sheet, wherein a hard coat layer and / or a non-reflective coating layer is formed on all or a part of at least one surface of the light diffusing sheet according to any one of claims 6 to 8 .

In the coating layer made of a transparent base material or medium provided on all or part of the outermost surface on the observation side of the substantially transparent substrate, the particle diameter is larger than the thickness of the coating layer. 6. A non-glare sheet, wherein the light diffusing agent according to any one of 5 is dispersed.